CN113025772B - 一种精炼过程中硼元素含量的控制方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精炼过程中硼元素含量的控制方法，包括：初炼炉冶炼和精炼；其中，按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.2％；所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为0～30ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1.5ppm；所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9～12％。本发明通过控制钢包中的镁碳砖的硼含量、控制铁水入初炼炉时的硼含量、控制钢水出初炼炉时的硼含量以及控制精炼结束后钢渣中MgO的含量，从而有效降低了最终产品钢板中的硼含量。

Description

一种精炼过程中硼元素含量的控制方法及其产品

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种精炼过程中硼元素含量的控制方法及其产品。

背景技术

硼属于非金属元素，微量的硼即可对钢板的硬度产生巨大的影响。其原因在于，硼元素能推迟钢板中的铁素体和珠光体的形成，如此在快速淬火时能够促进马氏体的形成。此外，硼元素还能提高钢板的淬透性，一般添加较少硼元素就能达到非常明显的效果。对于一些结构用钢板，钢板中微量的硼会导致钢板在焊接后的焊缝硬度偏高，因此长期服役时易引起疲劳裂纹，且在焊接过程易于出问题。因此，对于结构用钢板，要求钢板中的硼含量被控制在5ppm以下。

目前，在生产高品质低合金类的钢板时，某些合金在生产过程中会不可避免的带入一定量的硼元素，因此在炼钢过程中进行合金化时会把一定量的硼元素带入到钢水中。其中，VD精炼工艺是常用的真空精炼手段之一。VD精炼是在真空下对钢板渣进行剧烈混搅的过程。在高温真空状态下，钢包渣线处的镁碳砖表面发生的化学反应(MgO+C＝Mg(g)+CO)会加速向右进行，从而造成VD精炼钢包在渣线处侵蚀严重，而严重时出现渣线部位包壳发红的现象，甚至会出现漏钢。为了增加钢包的使用寿命，增强其抗氧化性，通常会在镁碳砖中加入含硼元素的添加剂。但是，由于VD精炼过程钢包易受严重侵蚀，镁碳砖在分解时将其中所含的硼元素进入到钢水中，在严重时会引起钢板中的硼含量超标，进而影响钢板的力学性能和焊接性能。

因此，亟需开发一种精炼过程中硼元素含量的控制方法，以将钢板中的硼含量控制在5ppm以下。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种精炼过程中硼元素含量的控制方法及其产品。本发明提供的一种精炼过程中硼元素含量的控制方法中，通过控制钢包中的镁碳砖的硼含量、控制铁水入初炼炉时的硼含量、控制钢水出初炼炉时的硼含量和下渣量、优化合金加入方式以及控制精炼结束后钢渣中MgO的含量，从而实现了最终产品钢板中的硼含量≤3.7ppm。

本发明用于实现上述目的的技术方案如下：

在本发明的一个方面，提供了一种精炼过程中硼元素含量的控制方法，包括：初炼炉冶炼和精炼；其特征在于：

按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.2％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为0～30ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1.5ppm；

所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9～12％。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述初炼炉冶炼的过程中，控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量＜3.2ppm；

其中，所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，按质量百分比计，所述硅铁合金中包含：硼0.005～0.008％；

按质量百分比计，所述中碳锰铁合金中包含：硼0.0012～0.0016％。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述精炼的过程为依次进行LF精炼和VD精炼；

或者，所述精炼的过程为VD精炼。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述精炼的过程为VD精炼。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述VD精炼结束后，钢水的硼含量≤3.7ppm。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，按质量百分比计，所述钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.1％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为19～24ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1ppm；

所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9.95～10.81％。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm，包括：

所述控制钢水出初炼炉时的下渣量为1.8～2.4Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为266～484ppm。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)，包括：

所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:3。

在本发明的一些实施方案中，本发明所述的控制方法中，选用的钢种可以包括：Q345qDQ-H、E36或Q370qE。

在本发明的另一个方面，还提供了采用本发明所述的精炼过程中硼元素含量的控制方法制备得到的钢板。

本发明所述的一个或多个技术实施方式，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本发明提供的精炼过程中硼元素含量的控制方法，通过控制钢包中的镁碳砖的硼含量、控制铁水入初炼炉时的硼含量、控制钢水出初炼炉时的硼含量及下渣量、优化合金加入方式以及控制精炼结束后钢渣中MgO的含量，从而实现了最终产品钢板中的硼含量≤3.7ppm。

(2)本发明提供的精炼过程中硼元素含量的控制方法准确简单，不影响生产节奏，生产成本低。

(3)本发明提供的精炼过程中硼元素含量的控制方法，在控制钢水中硼含量的同时还减少了在精炼过程对钢包中的镁碳砖的侵蚀。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

在本发明的一个方面，提供了一种精炼过程中硼元素含量的控制方法，包括：初炼炉冶炼和精炼；其特征在于：

按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.2％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为0～30ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1.5ppm；

所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9～12％。

本发明提供的精炼过程中硼元素含量的控制方法中，通过大量实验发现，控制钢包镁碳砖中含硼物质的硼含量≤0.2％时能够有效地降低钢包耐材所带入的硼元素。此外，本发明还通过控制钢包镁碳砖中含硼物质的硼含量、控制铁水入初炼炉时的硼含量、控制钢水出初炼炉时的硼含量及下渣量、优化合金加入方式以及控制所述精炼结束后的钢渣包含的MgO含量，从而显著降低了最终产品钢板中的硼含量，实现了硼含量≤3.7ppm的有益效果。

在本发明的一些实施例中，本发明所述的控制方法中，所述初炼炉冶炼的过程中，控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm。

本发明提供的精炼过程中硼元素含量的控制方法中，发明人针对发明目的，控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，并控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm，能够有效地降低钢水对钢包的氧化冲刷侵蚀，从而降低了因炉渣和钢液的氧化侵蚀炉衬而向钢液中增加的硼含量。

在本发明的一些实施例中，本发明所述的控制方法中，所述初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量＜3.2ppm；

其中，所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)。

发明人经研究发现，由于硅锰合金的性价比较高，本技术领域通常采用大量的硅锰合金和少量的中碳锰铁合金，同时调配添加硅、锰成分。而本发明为了适当降低合金所带入的硼含量，通过大量实验最终确定了所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)，从而实现了控制方法准确简单、不影响生产节奏的同时，还降低了生产成本，

在本发明的一些实施例中，本发明所述的控制方法中，按质量百分比计，所述硅铁合金中包含：硼0.005～0.008％；

按质量百分比计，所述中碳锰铁合金中包含：硼0.0012～0.0016％。

本发明提供的精炼过程中硼元素含量的控制方法中，发明人针对发明目的，所述硅锰和硅铁合金中包含硼0.005～0.008％，所述中碳锰铁合金中包含硼0.0012～0.0016％。发明人在对钢液进行合金化时，尽量选用硅铁配硅，中碳锰铁配锰，而不是选用硼含量较高的硅锰合金向钢液配硅和配锰。

在本发明的一些实施例中，本发明所述的控制方法中，按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.1％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为19～24ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1ppm；

所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9.95～10.81％。

发明人进一步优化控制钢包镁碳砖中的含硼物质的硼含量、钢水入初炼炉时的硼含量、钢水出初炼炉时的硼含量以及精炼结束后的钢渣中MgO的含量，从而更为显著地降低了最终产品钢板中的硼含量，实现了硼含量≤2.5ppm。

在本发明的一些实施例中，本发明所述的控制方法中，所述控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm，包括：

所述控制钢水出初炼炉时的下渣量为1.8～2.4Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为266～484ppm。

发明人进一步优化控制下渣量和氧活度，从而进一步地降低钢水对钢包的氧化冲刷侵蚀，从而尽量降低因炉渣和钢液的氧化侵蚀钢包而增加的硼含量。

在本发明的一些实施例中，本发明所述的控制方法中，所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)，包括：

所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:3，这种质量比例的添加量可以降低由于大量添加硅锰合金而导致钢液增加的硼含量。

在本发明的另一个方面，还提供了采用本发明所述的精炼过程中硼元素含量的控制方法制备得到的钢板。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请所述精炼过程中硼元素含量的控制方法进行详细说明。

实施例1：

本实施例选用钢种E36，初炼炉的炉容为100t，采用的工艺为初炼炉冶炼和VD精炼。其中，本钢种为低合金钢种。选用正常周转钢包，按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼0.2％。

具体地，本实施例中所述精炼过程中硼元素含量的控制方法包括：

(1)初炼炉冶炼：控制铁水入初炼炉时的硼含量为30ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量为1.5ppm；钢水出钢采用挡渣锥挡渣，并控制钢水出初炼炉时的下渣量为3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200ppm。

(2)初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量为1.7ppm；

其中，按质量百分比计，硅铁合金中包含硼0.005％；按质量百分比计，中碳锰铁合金中包含硼0.0012％。硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:2。

(3)VD精炼：VD进站时，钢水的硼含量为1.7ppm；按质量百分比计，控制VD精炼结束后的钢渣包含：MgO 9％，FeO含量为0.53％。

本实施例中，VD精炼结束后，钢水的硼含量为3.7ppm，满足本钢种的要求。而且，VD精炼过程中，渣线处侵蚀仅为0.8Kg/t钢。

实施例2：

本实施例选用钢种Q345qDQ-H，初炼炉的炉容为210t，采用的工艺为初炼炉冶炼、LF精炼和VD精炼。其中，本钢种为低合金钢种。选用正常周转钢包，按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼0.1％。

具体地，本实施例中所述精炼过程中硼元素含量的控制方法包括：

(1)初炼炉冶炼：控制铁水入初炼炉时的硼含量为19ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量为1ppm；钢水出钢采用挡渣锥挡渣，并控制钢水出初炼炉时的下渣量为1.8Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为266ppm。

(2)初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量为1.7ppm；

其中，按质量百分比计，硅铁合金中包含硼0.008％；按质量百分比计，中碳锰铁合金中包含硼0.0016％。硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:3。

(3)LF精炼：LF精炼结束后，钢水的硼含量为1.9ppm；

(4)VD精炼：VD进站时，钢水的硼含量为1.9ppm；按质量百分比计，控制VD精炼结束后的钢渣包含：MgO 10.81％，FeO含量为0.82％。

本实施例中，VD精炼结束后，钢水的硼含量为2.5ppm，满足本钢种的要求。而且，VD精炼过程中，渣线处侵蚀仅为0.7Kg/t钢。

实施例3：

本实施例选用钢种Q370qE，初炼炉的炉容为150t，采用的工艺为初炼炉冶炼和VD精炼。其中，本钢种为低合金钢种。选用正常周转钢包，按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼0.1％。

具体地，本实施例中所述精炼过程中硼元素含量的控制方法包括：

(1)初炼炉冶炼：控制铁水入初炼炉时的硼含量为24ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量为0.8ppm；钢水出钢采用挡渣锥挡渣，并控制钢水出初炼炉时的下渣量为2.4Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为484ppm。

(2)初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量为2.1ppm；

其中，按质量百分比计，硅铁合金中包含硼0.005％；按质量百分比计，中碳锰铁合金中包含硼0.0016％。硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:3。

(3)VD精炼：VD进站时，钢水的硼含量为2.1ppm；按质量百分比计，控制VD精炼结束后的钢渣包含：MgO 9.95％，FeO含量为0.46％。

本实施例中，VD精炼结束后，钢水的硼含量为2.6ppm，满足本钢种的要求。而且，VD精炼过程中，渣线处侵蚀仅为0.6Kg/t钢。

对比例1：

选用钢种Q370qE，初炼炉的炉容为150t，采用的工艺为初炼炉冶炼和VD精炼。其中，钢种为低合金钢种。选用正常周转钢包，按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼0.3％。

具体地，本实施例中所述精炼过程中硼元素含量的控制方法包括：

(1)初炼炉冶炼：控制铁水入初炼炉时的硼含量为32ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量为1.6ppm；钢水出钢采用挡渣锥挡渣，并控制钢水出初炼炉时的下渣量为2.4Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为484ppm。

(2)初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量为3.9ppm；

其中，按质量百分比计，硅铁合金中包含硼0.005％；按质量百分比计，中碳锰铁合金中包含硼0.0016％。硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:3。

(3)VD精炼：VD进站时，钢水的硼含量为3.9ppm；按质量百分比计，控制VD精炼结束后的钢渣包含：MgO 9.95％，FeO含量为0.46％。

本实施例中，VD精炼结束后，钢水的硼含量为6ppm，不满足本钢种的要求。而且，VD精炼过程中，渣线处侵蚀为1Kg/t钢。

通过以上本发明上述实施例1～3与对比例的对比可以看出：本发明提供的无底层取向硅钢板的制备方法中，通过控制钢包镁碳砖中的含硼物质的硼含量、控制铁水入初炼炉时的硼含量、控制钢水出初炼炉时的硼含量及下渣量、优化合金加入方式以及控制精炼结束后钢渣中MgO的含量，从而显著降低了最终产品钢板中的硼含量。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种精炼过程中硼元素含量的控制方法，包括：初炼炉冶炼和精炼；其特征在于：

按质量百分比计，钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.2％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为0～30ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1.5ppm；

所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9～12％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm；

所述精炼的过程为依次进行LF精炼和VD精炼；

或者，所述精炼的过程为VD精炼；

所述初炼炉冶炼结束后，向钢水中依次添加硅铁合金配硅和中碳锰铁合金配锰，至所述钢水的硼含量＜3.2ppm；

其中，所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)；

按质量百分比计，所述硅铁合金中包含：硼0.005～0.008％；

按质量百分比计，所述中碳锰铁合金中包含：硼0.0012～0.0016％。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述VD精炼结束后，钢水的硼含量≤3.7ppm。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，按质量百分比计，所述钢包镁碳砖中含硼物质包含：硼≤0.1％；

所述初炼炉冶炼的过程中，控制铁水入初炼炉时的硼含量为19～24ppm，控制钢水出初炼炉时的硼含量≤1ppm；

所述精炼的过程中，按质量百分比计，控制所述精炼结束后的钢渣包含：MgO 9.95～10.81％。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制钢水出初炼炉时的下渣量为0～3Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为200～500ppm，包括：

所述控制钢水出初炼炉时的下渣量为1.8～2.4Kg/t钢，控制钢水出初炼炉时的氧活度为266～484ppm。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:(2～3)，包括：

所述硅铁合金配硅和所述中碳锰铁合金配锰的添加量的质量比例为1:3。